JP6113251B1 - Range switching device - Google Patents
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Abstract
【課題】電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な駆動力源を用いてシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置を提供する。【解決手段】自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸18と、電動機14と、弾性部材20の弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機21と、出力軸18、電動機14、及び弾性駆動機21を相互に連結する連結機構60と、を備え、弾性駆動機21は、蓄積した弾性エネルギを保持する保持状態と、弾性エネルギを解放して出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構39を備えているレンジ切り替え装置。【選択図】図2Provided is a range switching device capable of switching a shift range using a mechanical driving force source even when an electric motor does not operate normally. An output shaft connected to a shift shaft of an automatic transmission, an electric motor, an elastic drive using an elastic energy of an elastic member as a driving force source, an output shaft, the electric motor, and elasticity The elastic mechanism 21 can be switched between a holding state in which the accumulated elastic energy is held and a released state in which the elastic shaft is released to drive the output shaft. Range switching device provided with a simple holding mechanism 39. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、車両の自動変速機のシフトレンジを、電気信号を介して操作するシフトバイワイヤシステムにおけるレンジ切り替え装置に関するものである。 The present invention relates to a range switching device in a shift-by-wire system that operates a shift range of an automatic transmission of a vehicle via an electrical signal.
近年、車両制御において、車両操縦者の指令により車両の自動変速機のシフトレンジを電気信号で切り替えるシフトバイワイヤシステムが採用されている。車両に対しては、何らかの要因により、異常が生じた場合であっても、確実に停車させることができることが望まれる。シフトバイワイヤシステムを使用しない、従来の機械式のレンジ切り替えシステムを搭載した車両の場合には、自動変速機のシフトレバーをパーキングレンジに切り替える、又はパーキングブレーキを使用することにより、車両の停車が可能である。 In recent years, in vehicle control, a shift-by-wire system that switches the shift range of an automatic transmission of a vehicle with an electric signal in accordance with a command from a vehicle operator has been adopted. It is desirable that the vehicle can be surely stopped even if an abnormality occurs due to some factor. In the case of a vehicle equipped with a conventional mechanical range switching system that does not use a shift-by-wire system, the vehicle can be stopped by switching the shift lever of the automatic transmission to the parking range or using the parking brake. It is.
これに対して、シフトバイワイヤシステムが適用された車両においては、自動変速機のシフトレンジが電気的に切り替えられるため、例えば、バッテリ上がりや断線など、電源または電力供給系統に異常が生じると、自動変速機のシフトレンジの切り替えが困難になる。そのため、シフトバイワイヤシステムを備えた車両においても、何らかの要因で、車両に異常が生じた場合に、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置が求められている。 On the other hand, in a vehicle to which the shift-by-wire system is applied, the shift range of the automatic transmission is electrically switched. Therefore, for example, if an abnormality occurs in the power supply or power supply system, such as battery running out or disconnection, automatic Changing the shift range of the transmission becomes difficult. Therefore, even in a vehicle equipped with a shift-by-wire system, there is a need for a range switching device that can switch the shift range of an automatic transmission when an abnormality occurs in the vehicle for some reason.
例えば、電力供給系統に異常が生じた場合の自動変速機のシフトレンジを切り替える方法として、特許文献1のシフトバイワイヤ装置では、電動機を制御するレンジ制御手段に供給する電力を蓄えるキャパシタを備えており、そのため、バッテリや電力供給系統に異常が生じたときでも、キャパシタに蓄えられている電力を用いて、電動機により少なくとも一回は自動変速機をパーキングレンジに切り替えることができる。これにより、車両は安全かつ確実に停車される。 For example, as a method of switching the shift range of an automatic transmission when an abnormality occurs in the power supply system, the shift-by-wire device of Patent Document 1 includes a capacitor that stores electric power to be supplied to range control means for controlling the motor. Therefore, even when an abnormality occurs in the battery or the power supply system, the automatic transmission can be switched to the parking range at least once by the electric motor using the electric power stored in the capacitor. As a result, the vehicle is stopped safely and reliably.
しかしながら、特許文献1のシフトバイワイヤ装置では、非常時も電動機によりレンジ切り替えを実行するように構成されており、非常時のみに使用するキャパシタを備える必要があり、更に、キャパシタは、電動機を正常動作させる電力を供給可能な高性能なものである必要がある。そのため、コストの増加を招くという課題があった。 However, the shift-by-wire device of Patent Document 1 is configured to perform range switching by an electric motor even in an emergency, and it is necessary to include a capacitor that is used only in an emergency, and the capacitor operates the electric motor normally. It is necessary to have high performance capable of supplying the power to be generated. For this reason, there has been a problem of increasing the cost.
そこで、電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な駆動力源を用いてシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置を提供する。 Therefore, a range switching device is provided that can switch the shift range using a mechanical driving force source even when the electric motor does not operate normally.
本発明に係るレンジ切り替え装置は、シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸と、電動機と、弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、電動アクチュエータと、前記電動機及び前記電動アクチュエータを制御する制御器と、を備え、前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備え、前記電動アクチュエータは、前記保持機構が前記保持状態又は前記解放状態になるように前記保持機構を駆動し、前記制御器は、前記電動機を制御して前記電動機の駆動力により前記出力軸を回転させると共に前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する電動駆動モードと、前記電動機の制御を停止すると共に前記保持機構が前記解放状態となるように前記電動アクチュエータを制御して前記弾性エネルギにより前記出力軸を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するものである。
A range switching device according to the present invention includes an output shaft coupled to a shift shaft of an automatic transmission that performs shift range switching, an electric motor, and an elastic drive that uses elastic energy accumulated in an elastic member as a driving force source, A coupling mechanism that couples the output shaft, the electric motor, and the elastic drive machine so that a driving force can be transmitted to each other; an electric actuator; and a controller that controls the electric motor and the electric actuator. The driving machine has a holding state in which the elastic energy accumulated using the driving force of the electric motor transmitted through the coupling mechanism is held, and a released state in which the elastic energy is released to drive the output shaft. with the possible holding mechanism switches, the electric actuator, said holding mechanism is driven so that the holding mechanism is made to the holding state or the released state The controller controls the electric motor to rotate the output shaft by the driving force of the electric motor and to control the electric actuator so that the holding mechanism is in the holding state; and control of the electric motor And the elastic drive mode in which the electric actuator is controlled to rotate the output shaft by the elastic energy by controlling the electric actuator so that the holding mechanism is in the released state .
本発明に係るレンジ切り替え装置によれば、通常時は、電動機により出力軸を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。また、通常時に、電動機の駆動力を用いて弾性部材に弾性エネルギを蓄積させ、保持機構を弾性エネルギの保持状態にすることにより、異常時に備えることができる。一方、電動機が正常に動作しなくなった場合には、弾性駆動機の保持機構を解放状態に切り替えて、弾性部材の弾性エネルギにより出力軸を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。よって、電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な弾性部材を駆動力源とする弾性駆動機を用いて、シフトレンジを切り替えることできる。 According to the range switching device according to the present invention, the shift range can be switched by rotating the output shaft with an electric motor during normal times. In addition, it is possible to prepare for an abnormal state by storing elastic energy in the elastic member using the driving force of the electric motor and setting the holding mechanism in the elastic energy holding state at normal times. On the other hand, when the electric motor does not operate normally, the shift mechanism can be switched by switching the holding mechanism of the elastic drive to the released state and rotating the output shaft by the elastic energy of the elastic member. Therefore, even when the electric motor does not operate normally, the shift range can be switched by using an elastic driving machine using a mechanical elastic member as a driving force source.
実施の形態1.
実施の形態1に係るレンジ切り替え装置2について図面を参照して説明する。レンジ切り替え装置2は、車両に搭載される自動変速機のシフトレンジの切り替えを行うシフトシャフト6に連結される。図1は、レンジ切り替え装置2が組み込まれたシフトレンジ切り替えシステム1の概略構成を示している。シフトレンジ切り替えシステム1は、レンジ切り替え装置2、ディテント機構3、パーキング機構4、バルブボディ5、及び要求レンジ入力器67を備えている。なお、図1には、シフトレンジ切り替えシステム1に係る自動変速機の要部のみを示している。
Embodiment 1 FIG.
A
要求レンジ入力器67は、車両操縦者が要求するシフトレンジ(要求レンジ)を受け付ける機器である。すなわち、車両操縦者は、要求レンジ入力器67を操作して、自動変速機に実現したい所望のシフトレンジを入力する。要求レンジ入力器67が受け付けるシフトレンジには、少なくとも、パーキングレンジ(Pレンジ)、リバースレンジ(Rレンジ)、ニュートラルレンジ(Nレンジ)、及びドライブレンジ(Dレンジ)が含まれる。要求レンジ入力器67は、シフトレバーの操作位置を検出する位置センサであってもよいし、複数のスイッチから構成されてもよい。
The request
シフトシャフト6により切り替え可能な自動変速機のシフトレンジには、少なくとも、パーキングレンジ、リバースレンジ、ニュートラルレンジ、及びドライブレンジが含まれる。本実施の形態では、自動変速機のシフトシャフト6により切り替え可能なシフトレンジは、パーキングレンジ、リバースレンジ、ニュートラルレンジ、及びドライブレンジであるものとする。 The shift range of the automatic transmission that can be switched by the shift shaft 6 includes at least a parking range, a reverse range, a neutral range, and a drive range. In the present embodiment, shift ranges that can be switched by the shift shaft 6 of the automatic transmission are a parking range, a reverse range, a neutral range, and a drive range.
要求レンジ入力器67の出力信号は、コネクタ2aを介してレンジ切り替え装置2に入力される。詳細は後述するが、レンジ切り替え装置2は、要求レンジ入力器67の出力信号に基づいて検出した要求レンジを、自動変速機に実現するように、自動変速機のシフトシャフト6を回転駆動する。
The output signal of the required
シフトシャフト6には扇状のディテントプレート7が連結されており、シフトシャフト6の回転角度に比例して、ディテントプレート7の回転角度が変化する。シフトシャフト6及びディテントプレート7は、予め設定された許容角度範囲(本例では30度程度)を一方側R1又は他方側R2に回転する。ディテントプレート7には、バルブボディ5のスプール弁8が連動するように取り付けられており、ディテントプレート7の回転角度に応じて、スプール弁8の軸方向の位置が変化する。ディテントプレート7が許容角度範囲内を一方側R1又は他方側R2に回転すると、スプール弁8が所定の範囲内を軸方向の一方側又は他方側に移動する。バルブボディ5は、自動変速機に変速段を形成するための油圧回路であり、スプール弁8の軸方向の位置を変化させることにより、各シフトレンジ(P、R、N、D)に対応した油路に切り替わるように構成されている。よって、シフトシャフト6及びディテントプレート7の回転角度に応じて、バルブボディ5内の油路が、各シフトレンジに対応する油路に切り替わる。 A fan-shaped detent plate 7 is connected to the shift shaft 6, and the rotation angle of the detent plate 7 changes in proportion to the rotation angle of the shift shaft 6. The shift shaft 6 and the detent plate 7 rotate to the one side R1 or the other side R2 within a preset allowable angle range (about 30 degrees in this example). The spool valve 8 of the valve body 5 is attached to the detent plate 7 so as to be interlocked, and the axial position of the spool valve 8 changes according to the rotation angle of the detent plate 7. When the detent plate 7 rotates within the allowable angle range to the one side R1 or the other side R2, the spool valve 8 moves within the predetermined range to one side or the other side in the axial direction. The valve body 5 is a hydraulic circuit for forming a shift stage in the automatic transmission, and corresponds to each shift range (P, R, N, D) by changing the axial position of the spool valve 8. It is configured to switch to the oil passage. Therefore, according to the rotation angle of the shift shaft 6 and the detent plate 7, the oil passage in the valve body 5 is switched to the oil passage corresponding to each shift range.
ディテントプレート7における扇の先端部には、各シフトレンジに対応する角度に凹部7aが設けられている。バルブボディ5に固定されたディテントスプリング9が板バネとして作用し、ディテントスプリング9の先端が凹部7aを押圧することによって、ディテントプレート7の回転角度が、先端に噛み合った凹部7aに対応するシフトレンジに位置決めされる。レンジ切り替え装置2から伝達される回転駆動力により、ディテントプレート7が回転すると、ディテントスプリング9の先端に噛み合う凹部7aが変化し、自動変速機のシフトレンジが切り替わる。このように、レンジ切り替え装置2の回転駆動力によりシフトシャフト6及びディテントプレート7の回転角度が変化すると、自動変速機のシフトレンジは、回転角度に対応するシフトレンジに切り替わる。なお、本実施の形態では、シフトシャフト6が、許容角度範囲内を他方側R2の端から一方側R1に回転するに従って、シフトレンジが、ドライブレンジ、ニュートラルレンジ、リバースレンジ、パーキングレンジの順に切り替わるように構成されている。
A
また、パーキング機構4は、ディテントプレート7に連結されたパーキングロッド10と、パーキングロッド10の先端に設けられた円錐部11と、パーキングポール12と、パーキングギヤ13とを有している。ディテントプレート7の回転角度に応じて、パーキングロッド10の軸方向の位置が変化する。軸方向の位置が変化すると、パーキングロッド10の先端に設けられた円錐部11が、パーキングポール12を、回転軸12aを中心に上下にシーソー運動させる。ディテントプレート7がパーキングレンジに対応する一方側R1の端まで回転した場合に、パーキングポール12の凸部12bが、パーキングギヤ13の凹部13aに噛み合い、パーキングギヤ13の回転をロックし、車輪に連結される自動変速機の出力軸の回転をロックする。一方、ディテントプレート7がパーキングレンジに対応する一方側R1の端から他方側R2に回転すると、パーキングポール12の凸部12bがパーキングギヤ13の凹部13aから離脱し、パーキングギヤ13の回転ロックが解除される。
The parking mechanism 4 includes a
以上のように、このシフトレンジ切り替えシステム1においては、レンジ切り替え装置2の回転駆動力により、シフトシャフト6を介してディテントプレート7を、許容角度範囲内を一方側R1又は他方側R2に回転させることにより、バルブボディ5のスプール弁8の軸方向の位置を変化させ、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができると共に、パーキングレンジで車輪の回転をロックすることができる。
As described above, in the shift range switching system 1, the detent plate 7 is rotated to the one side R1 or the other side R2 within the allowable angle range via the shift shaft 6 by the rotational driving force of the
次に、レンジ切り替え装置2について詳細に説明する。図2に、保持機構39が保持状態である場合のレンジ切り替え装置2の断面図を示している。図3に、保持機構39が保持状態であり、出力軸18がドライブレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置2の要部を軸方向の一方側X1から他方側X2に見た図を示している。図4に、保持機構39が保持状態であり、出力軸18がパーキングレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置2の要部を軸方向の一方側X1から他方側X2に見た図を示している。図5に、保持機構39が解放状態である場合のレンジ切り替え装置2の断面図を示している。図6に、保持機構39が解放状態であり、出力軸18がパーキングレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置2の要部を軸方向の一方側X1から他方側X2に見た図を示している。
Next, the
レンジ切り替え装置2は、シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフト6に連結される出力軸18と、電動機14と、弾性部材20に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機21と、出力軸18、電動機14、及び弾性駆動機21を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構60と、を備えている。
The
そして、弾性駆動機21は、連結機構60を介して伝達された電動機14の駆動力を用いて蓄積した弾性エネルギを保持する保持状態と、弾性エネルギを解放して出力軸18を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構39を備えている。
The
この構成によれば、通常時は、電動機14により出力軸18を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。一方、電動機14が正常に動作しなくなった場合には、弾性駆動機21の保持機構39を解放状態に切り替えて、弾性部材20の弾性エネルギにより出力軸18を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。その後、電動機14が正常に動作する状態に復帰した場合は、電動機14の駆動力を用いて弾性部材20に再び弾性エネルギを蓄積させ、保持機構39を弾性エネルギの保持状態にすることができる。
According to this configuration, during normal times, the
本実施の形態では、レンジ切り替え装置2は、保持機構39が保持状態又は解放状態になるように保持機構39を駆動する電動アクチュエータ62と、電動機14及び電動アクチュエータ62を制御する制御器63と、を備えている。そして、制御器63は、電動機14を制御して電動機14の駆動力により出力軸18を回転させると共に保持機構39が保持状態となるように電動アクチュエータ62を制御する電動駆動モードと、電動機14の制御を停止すると共に保持機構39が解放状態となるように電動アクチュエータ62を制御して弾性エネルギにより出力軸18を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するように構成されている。
In the present embodiment, the
この構成によれば、電動アクチュエータ62及び制御器63により、自動的に電動駆動モードと弾性駆動モードとを選択実行させることができ、車両操縦者にとって利便性が高く、安全性が高いものにすることができる。
According to this configuration, the
本実施の形態では、出力軸18の回転軸心C1、電動機14の回転軸心C2、及び弾性駆動機21の回転軸心C3は、別軸上に配置され、互いに平行に配置されている。軸方向Xは、これらの軸心C1、C2、C3に平行な方向である。
In the present embodiment, the rotation axis C1 of the
レンジ切り替え装置2は、出力軸18、電動機14、弾性駆動機21、連結機構60、電動アクチュエータ62、及び制御器63等の各部を内側に収容し、支持する装置ケース64を備えている。本実施の形態では、装置ケース64は、軸方向の一方側X1に開口する有底筒状のハウジング23と、ハウジング23の軸方向の一方側X1の開口を覆い、ハウジング23に固定されるカバー24と、を有している。カバー24には、軸方向Xに貫通する貫通孔69が形成されている。出力軸18が、貫通孔69を軸方向の一方側X1に貫通して、装置ケース64の外部に露出している。出力軸18の軸方向の一方側X1の端部には、シフトシャフト6に連結される連結凹部70が形成されている。連結凹部70は、二面取り加工された凹部とされており、二面取り加工されたシフトシャフト6の連結部が嵌合され、一体回転するように連結される。装置ケース64(ハウジング23)には、コネクタ2aのケース部分が形成されている(図1参照)。コネクタ2aの接続端子には、要求レンジ入力器67の出力信号を入力する接続線、直流電源85からの電力供給線、及び外部制御装置との通信線等が接続される。
The
電動機14は、装置ケース64(ハウジング23)に固定された円筒状のステータ26と、ステータ26の径方向の内側に配置され、装置ケース64に対して転がり軸受28、29によりロータ軸15を介して回転可能に支持された円筒状のロータ25と、を有している。本実施の形態では、電動機14は、ブラシレスの永久磁石同期モータとされており、ステータ26にはコイル33が巻装され、ロータ25(本例ではロータ25の外周面)には永久磁石27が固定されている。ステータコア32は、径方向内側に突出する複数のステータティースを備えている。コイル33は、各ステータティースに巻回されて、U相、V相、及びW相の三相コイルからなる三相結線を構成している。
The
連結機構60は、電動機14の回転速度を減速し、トルクを増幅して出力軸18に伝達する減速歯車機構17を備えている。本実施の形態では、減速歯車機構17は、遊星歯車減速機構と平歯車減速機構によって構成されている。遊星歯車減速機構は、複数の遊星歯車35を自転及び公転可能に支持するキャリア37と、遊星歯車35に径方向内側から噛み合う外歯の太陽歯車34と、遊星歯車35に径方向外側から噛み合う内歯の環状歯車36とを有している。ロータ25から軸方向の一方側X1に延びたロータ軸15の外周面に太陽歯車34が形成され、キャリア37は、平歯車減速機構の小歯車30に連結され、環状歯車36は、装置ケース64(ハウジング23)に固定されている。
The
図3等に示すように、平歯車減速機構は、キャリア37に連結された小歯車30と、小歯車30に噛み合い、出力軸18に連結された大歯車31と、を備えている。大歯車31は、小歯車30よりも単位角度あたりの歯数が多い歯車である。大歯車31は、出力軸18及びシフトシャフト6の許容角度範囲に対応した角度範囲に歯31aが形成された扇形歯車とされている。本例では、大歯車31の歯31aは、内歯とされているが、外歯とされてもよい。
As shown in FIG. 3 and the like, the spur gear reduction mechanism includes a
出力軸18の軸方向の他方側X2の端部には磁石38が設置され、磁石38の軸方向の他方側X2に、出力軸18の回転角度を検出する回転角度検出センサ19が設置されている。回転角度検出センサ19は、制御器63の基板68に固定されている。図7に示すように、回転角度検出センサ19の出力信号は、制御器63に入力される。制御器63は、回転角度検出センサ19の出力信号に基づいて、出力軸18と一体回転する磁石38の磁束の方向を検知することで、出力軸18の回転角度を検出する。そして、制御器63は、出力軸18の回転角度に対応するシフトレンジを検出する。なお、制御器63は、基板68に複数の電子部品が実装されて、装置ケース64内に固定されているが、図2及び図5には、基板68の一部分しか図示されていない。なお、制御器63は、装置ケース64の外部に、別体で設けられてもよい。
A
連結機構60は、弾性駆動機21の弾性エネルギによる回転駆動力を出力軸18に伝達する歯車機構22を備えている(図3等を参照)。歯車機構22は、後述する弾性駆動機21の出力部材40に形成された外歯40aと、扇形の大歯車31の部材に形成された外歯31bと、を備えており、出力部材40の外歯40aと、大歯車31の外歯31bとが噛み合う。出力部材40の外歯40a及び大歯車31の外歯31bは、出力軸18及びシフトシャフト6の許容角度範囲に対応した角度範囲に形成されている。歯車機構22は、弾性駆動機21(出力部材40)の回転方向を反転して出力軸18に伝達する。すなわち、弾性駆動機21と出力軸18では回転方向が反転し、弾性駆動機21(出力部材40)を回転方向の他方側R2に回転させると、自動変速機はパーキングレンジになる。
The
弾性駆動機21は、保持機構39の解放状態において弾性エネルギにより出力軸18を予め定められた回転駆動方向に付勢し、保持機構39の保持状態において弾性エネルギを出力軸18に伝達しないように構成されている。本実施の形態では、弾性駆動機21による出力軸18の回転駆動方向は、パーキングレンジ側である回転方向の一方側R1とされており、弾性駆動機21は、弾性駆動モードにおいて、弾性エネルギにより出力軸18をパーキングレンジに対応する回転角度に回転駆動するように構成されている。
The
この構成によれば、電動機14が正常に動作しなくなった場合に、弾性駆動機21によりパーキングレンジに切り替えて、車両を安全に停車させることができる。
According to this configuration, when the
保持機構39は、弾性部材20の一端に係止されると共に連結機構60に連結された出力部材40と、弾性部材20の他端に係止され、弾性駆動機21を収容する装置ケース64により支持される基礎部材41と、電動機14の駆動力により弾性部材20に弾性エネルギが蓄積した状態で、基礎部材41及び出力部材40に係合して、基礎部材41及び出力部材40の相対移動を阻止する係止部材53と、係止部材53の係合を解除する係止解除部材52と、を備えている。
The holding
係止部材53が、基礎部材41及び出力部材40に係合している場合に、保持機構39が保持状態になり、係止解除部材52により係止部材53の係合が解除されている場合に、保持機構39が解放状態になる。
When the locking
本実施の形態では、弾性部材20は、弾性駆動機21の回転軸心C3回りにねじれるねじりばねとされている。出力部材40は、弾性部材20に対して回転軸心C3の径方向の内側に配置された円筒状の筒状部40dを有し、回転軸心C3の周方向に回転可能である。基礎部材41は、出力部材40の筒状部40dの内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部41dを有し、回転軸心C3の周方向に回転可能である。係止解除部材52は、基礎部材41の筒状部41dの内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部52dを有し、軸方向Xに移動可能である。電動アクチュエータ62は、係止解除部材52を、回転軸心C3の軸方向の一方側X1又は他方側X2に付勢するように構成されている。
In the present embodiment, the
基礎部材41は、筒状部41dの軸方向の一方側X1の端部から軸方向の一方側X1に延びる、筒状部41dよりも小径の円柱状の軸部42を有している。軸部42の軸方向の一方側X1の端部が、装置ケース64(カバー24)に形成されたボス部に対して転がり軸受44を介して回転軸心C3回りに回転可能に支持されている。基礎部材41は、筒状部41dの軸方向の他方側X2の端部から径方向の外側に延びる円環板状のフランジ部41eを有している。フランジ部41eに、弾性部材20の他端が係止される。
The
出力部材40の筒状部40dにおける軸方向の一方側X1の端部の外周面には、所定の角度範囲に上述した歯車機構22の外歯40aが形成されている。出力部材40の筒状部40dにおける軸方向の一方側X1の端部の内周面は、基礎部材41の軸部42の外周面に対して転がり軸受43を介して回転軸心C3回りに相対回転可能に支持されている。よって、出力部材40の筒状部40dは、転がり軸受43、基礎部材41の軸部42、及び転がり軸受44を介して、装置ケース64に対して回転可能に支持されている。出力部材40は、外歯40aの形成部よりも軸方向の他方側X2の部分から径方向の外側に延びる円環板状のフランジ部40eを有している。フランジ部40eに、弾性部材20の一端が係止される。
On the outer peripheral surface of the end portion on the one side X1 in the axial direction of the
係止解除部材52は、筒状部52dの内周面に固定された円柱状の連結軸部71を有している。連結軸部71の軸方向の他方側X2の端部が、後述する電動アクチュエータ62のプランジャ50に連結されている。
The locking
係止部材53は、球状に形成されている。基礎部材41の筒状部41dには、回転軸心C3の径方向に貫通する基礎部材貫通孔41bが形成されている。出力部材40の筒状部40dの内周面には、径方向の外側に窪む出力部材凹部40cが形成されている。係止解除部材52の筒状部52dの外周面には、径方向の内側に窪むと共に周方向に延びる環状凹部52aが形成されている。
The locking
係止部材53は、複数(例えば4つ)設けられている。基礎部材貫通孔41bは、係止部材53と同数設けられ、同じ軸方向の位置に周方向に間隔を空けて配置されている。出力部材凹部40cは、係止部材53と同数設けられ、同じ軸方向の位置に周方向に間隔を空けて配置されている。
A plurality of (for example, four) locking
図3に示すように、各出力部材凹部40cの形成位置は、基礎部材41に対して出力部材40が予め設定された保持角度Ahだけ周方向(本例では、回転方向の一方側R1)にねじれた状態で、対応する基礎部材貫通孔41bと連通する位置とされている。図5に示すように、環状凹部52aの形成位置は、係止解除部材52が軸方向の他方側X2の端に移動した状態で各基礎部材貫通孔41bと連通する位置とされている。保持角度Ahは、許容角度範囲に対応した角度に設定されている。
As shown in FIG. 3, each
まず、保持機構39が解放状態になる場合を説明する。
図5及び図6に示すように、係止解除部材52が電動アクチュエータ62の付勢力により軸方向の他方側X2の端に移動した場合に、球状の係止部材53は、互いに連通した基礎部材貫通孔41bと環状凹部52aとに跨る解放位置に移動して、基礎部材41及び出力部材40の相対回転を可能にすると共に係止解除部材52を軸方向の他方側X2の端に保持する。保持機構39は解放状態になり、弾性部材20の弾性エネルギにより、出力部材40が基礎部材41(装置ケース64)に対して回転方向の他方側R2に付勢される。一旦、解放状態になると、係止解除部材52が電動アクチュエータ62により軸方向の一方側X1に付勢されていても、電動機14の駆動力により出力部材40が保持角度Ahだけ周方向にねじれない限りは、保持状態にならない。なお、図6に示すように、出力部材凹部40cは、軸方向Xに直交する平面で切断した断面形状が、径方向の内側に向かうに従って広がる形状(本例では半円状)とされており、図3及び図4に示す保持状態で、弾性部材20による周方向の付勢力により、出力部材凹部40cは、球状の係止部材53を径方向の内側に押圧している。この径方向の内側の押圧力により、係止部材53は、後述する係合位置から解放位置に向かって径方向の内側に移動する。
First, a case where the
As shown in FIGS. 5 and 6, when the unlocking
次に、保持機構39が保持状態になる場合を説明する。
係止解除部材52が係止部材53により軸方向の他方側X2の端に保持されている(図5参照)と共に電動アクチュエータ62により軸方向の一方側X1に付勢されている状態で、基礎部材41に対して出力部材40が予め定められた保持角度Ahだけ周方向(本例では、回転方向の一方側R1)にねじれた場合に、球状の係止部材53は、図3に示すように、互いに連通した出力部材凹部40cと基礎部材貫通孔41bとに跨る保持位置に移動して、基礎部材41及び出力部材40の相対回転を阻止すると共に係止解除部材52を軸方向の一方側X1に移動可能にする。係止部材53が保持位置に移動した後、係止解除部材52は、図2に示すように、電動アクチュエータ62の付勢力により軸方向の一方側X1の端に移動する。保持機構39は保持状態なり、保持角度Ahのねじれにより蓄積した弾性部材20の弾性エネルギは出力部材40と基礎部材41との間に保持され、出力軸18には伝達されない。なお、図2に示すように、環状凹部52aは、回転軸心C3を通る平面で切断した断面形状が、径方向の外側に向かうに従って広がる形状(本例では等脚台形状)に形成されており、図5に示す解放状態で、電動アクチュエータ62による軸方向の一方側X1の付勢力により、環状凹部52aは、球状の係止部材53を径方向の外側に押圧している。この径方向の外側の押圧力により、係止部材53は、解放位置から係合位置に向かって径方向の外側に移動する。
Next, a case where the
In a state where the unlocking
電動アクチュエータ62は、係止解除部材52に連結された磁性体からなるプランジャ50と、プランジャ50を軸方向の一方側X1に付勢するプランジャ弾性部材51と、通電時にプランジャ50を軸方向の他方側X2に吸引する電磁ソレノイド45と、を有する。よって、制御器63により電動アクチュエータ62に電力が供給された場合に、電磁ソレノイド45の吸引力により、係止解除部材52が軸方向の他方側X2に付勢され、制御器63により電動アクチュエータ62に電力が供給されていない場合に、プランジャ弾性部材51により、係止解除部材52が軸方向の一方側X1に付勢される。電磁ソレノイド45は、供給電圧が低下した場合でも、プランジャ弾性部材51の弾性力に抗して、係止解除部材52を軸方向の他方側X2の端まで吸引できる電磁力を発生するように設計されている。
The
電磁ソレノイド45は、ボビン46にコイル47が巻回されて構成されている。電動アクチュエータ62は、電磁ソレノイド45の外側を覆うヨーク48と、電磁ソレノイド45の径方向の内側の空間における軸方向の他方側X2に配置されたコア49と、を有している。電磁ソレノイド45への電力供給源は、電動機14と同じ電力供給系統(本例では、直流電源85)、又は別に設けた電力供給系統とされてもよい。制御器63が、電力供給源から電磁ソレノイド45への電力供給をオン又はオフに制御する。
The
出力部材40及び装置ケース64は、弾性部材20による出力部材40の弾性付勢方向(本例では、回転方向の他方側R2)における装置ケース64に対する出力部材40の回転を、予め定められた出力部材角度で規制する出力部材ストッパ部66を有している。基礎部材41及び装置ケース64は、弾性部材20による装置ケース64の弾性付勢方向(本例では、回転方向の一方側R1)における装置ケース64に対する基礎部材41の回転を、予め定められた基礎部材角度で規制する基礎部材ストッパ部65を有している。
The
本実施の形態では、図3、図4及び図6に示すように、出力部材ストッパ部66は、出力部材40(筒状部40dの軸方向の一方側X1の端部)に設けられた出力凸部66aと、装置ケース64(カバー24)に設けられたケース凸部66bとにより構成されている。出力凸部66aが、ケース凸部66bに当接することにより装置ケース64に対する出力部材40の回転が規制される。基礎部材ストッパ部65は、基礎部材41(フランジ部41e)に設けられた基礎凸部65aと、装置ケース64(ハウジング23)に設けられたケース凸部65bとにより構成されている。基礎凸部65aが、ケース凸部65bに当接することにより装置ケース64に対する基礎部材41の回転が規制される。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, the
弾性部材20による出力部材40の弾性付勢方向は、回転方向の他方側R2とされており、図4及び図6に示すように、出力部材ストッパ部66は、装置ケース64に対する出力部材40の回転方向の他方側R2の回転を、パーキングレンジに対応する出力部材角度で規制するように構成されている。弾性部材20による基礎部材41の弾性付勢方向は、回転方向の一方側R1とされており、図3に示すように、基礎部材ストッパ部65は、装置ケース64に対する基礎部材41の回転方向の一方側R1の回転を、保持機構39が係合状態であり、基礎部材41と出力部材40とが一体回転する状態において、ドライブレンジとなる基礎部材角度で規制するように構成されている。また、図6に示すように、基礎部材ストッパ部65は、保持機構39の解放状態でも、装置ケース64に対する基礎部材41の回転方向の一方側R1の回転を基礎部材角度で規制し、電動機14の回転駆動力により出力部材40を回転方向の一方側R1に回転させることにより、弾性部材20に弾性エネルギを蓄積させるように構成されている。
An elastic biasing direction of the
よって、出力部材ストッパ部66により、保持機構39の解放状態において、弾性部材20の弾性エネルギによる出力部材40の回転を、パーキングレンジに対応する回転角度で規制することができる。一方、基礎部材ストッパ部65により、保持機構39の保持状態において、出力部材40(基礎部材41)の回転をドライブレンジに対応する回転角度で規制することができる。また、基礎部材ストッパ部65により、保持機構39の解放状態において、基礎部材41の回転を規制し、電動機14の回転駆動力により出力部材40を回転させることにより、弾性部材20に弾性エネルギを蓄積させることができる。
Therefore, the rotation of the
上記したように、制御器63は、電動機14を制御して電動機14の駆動力により出力軸18を回転させると共に保持機構39が保持状態となるように電動アクチュエータ62を制御する電動駆動モードと、電動機14の制御を停止すると共に保持機構39が解放状態となるように電動アクチュエータ62を制御して弾性エネルギにより出力軸18を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行する。
As described above, the
本実施の形態では、制御器63は、図7のブロック図に示すように、電動機14の制御を行う電動機制御部80と、電動アクチュエータ62の制御を行う電動アクチュエータ制御部81と、電動機制御部80及び電動アクチュエータ制御部81に指令して、電動駆動モードと弾性駆動モードとを選択実行させる動力源切換部82と、を備えている。制御器63には直流電源85から直流電圧が供給される。また、制御器63には、要求レンジ入力器67及び回転角度検出センサ19の出力信号が入力される。制御器63は、直流電源85から供給された直流電圧を検出する電圧センサ86を備えている。
In the present embodiment, as shown in the block diagram of FIG. 7, the
電動機制御部80は、要求レンジ入力器67の出力信号に基づき車両操縦者が要求している自動変速機のシフトレンジである要求レンジを判定すると共に、要求レンジを実現する出力軸18の回転角度である目標回転角度を設定する。また、電動機制御部80は、回転角度検出センサ19の出力信号に基づき、出力軸18の実回転角度を検出する。そして、電動機制御部80は、出力軸18の実回転角度が目標回転角度に近づくように、三相コイルに供給する電力を変化させ、電動機14の出力トルク(回転駆動力)を変化させる。
The electric
電動機制御部80は、直流電源85から供給された直流電力を交流電力に変換して電動機14の三相コイルに供給するインバータ83と、インバータ83が有するスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ制御部84と、を備えている。インバータ83は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の6つのスイッチング素子によりブリッジ回路が構成された三相インバータとされている。インバータ制御部84は、公知のベクトル制御法等を用いて、三相コイルに供給する交流電圧指令を変化させ、交流電圧指令に基づいて各スイッチング素子をオンオフ制御する。
The
本実施の形態では、電動アクチュエータ制御部81は、保持機構39を保持状態にする場合は、電磁ソレノイド45への電力供給をオフし、保持機構39を解放状態にする場合は、電磁ソレノイド45への電力供給をオンするように構成されている。電動機14により出力軸18の回転角度を制御する通常状態では、電磁ソレノイド45への電力供給がオフされているので、電磁ソレノイド45の電力消費量を低減できる。一方、上記のように、電磁ソレノイド45への電力供給をオンすることにより、係止解除部材52が軸方向の他方側X2の端に移動し、保持機構39が解放状態に移行した後は、電磁ソレノイド45への電力供給をオフしても、解放状態が保持される。そのため、電動アクチュエータ制御部81は、保持機構39を解放状態にする場合に、電磁ソレノイド45への電力供給を予め設定された期間だけオンするように構成されてもよい。
In the present embodiment, the electric
動力源切換部82は、電動駆動モードを実行すると判定した場合は、電動機制御部80に指令して電動機14の駆動力を制御することにより、出力軸18を要求レンジに対応する回転角度に回転させると共に、電動アクチュエータ制御部81に指令して保持機構39が保持状態となるように電磁ソレノイド45への電力供給をオフさせる。一方、動力源切換部82は、弾性駆動モードを実行すると判定した場合は、電動機制御部80に指令して電動機14への電力供給を停止させ、電動機14に駆動力を発生させないようにすると共に、電動アクチュエータ制御部81に指令して保持機構39が解放状態となるように電磁ソレノイド45への電力供給をオンさせる。
When it is determined that the electric drive mode is to be executed, the power
本実施の形態では、動力源切換部82は、電圧センサ86の出力信号により検出した供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上である場合に、電動駆動モードを実行し、供給電圧が低電圧判定値未満である場合に、弾性駆動モードを実行するように構成されている。低電圧判定値は、電動機制御部80により電動機14を正常に制御できなくなる電圧に予め設定されている。
In the present embodiment, the power
この構成によれば、制御器63は、供給電圧の低下により、電動機14によるレンジ切り替えを実行できなくなった場合に、弾性駆動モードを実行し、弾性駆動機21の弾性エネルギによるレンジ切り替えを実行することができる。一方、制御器63は、供給電圧が復帰した場合は、電動駆動モードを実行し、電動機14によるレンジ切り替えを実行する。
According to this configuration, the
また、動力源切換部82は、弾性駆動モードの実行から電動駆動モードの実行に移行した後、電動機14に駆動力を発生させて弾性部材20に弾性エネルギを蓄積させると共に、保持機構39が保持状態となるように電動アクチュエータ62を制御するように構成されている。具体的には、動力源切換部82は、電動機制御部80に指令して電動機14の駆動力を制御することにより、出力軸18をパーキングレンジに対応する回転角度からドライブレンジに対応する回転角度に回転させて、弾性部材20に弾性エネルギを蓄積させる。また、動力源切換部82は、電動アクチュエータ制御部81に指令して保持機構39が保持状態となるように電磁ソレノイド45への電力供給をオフさせる。動力源切換部82は、保持機構39を保持状態にした後、通常の電動駆動モードを開始する。
The power
以上の動力源切換部82の処理を、図8のフローチャートに示すように構成することができる。動力源切換部82は、ステップS01で、電圧センサ86の出力信号により検出した供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上であるか否かを判定する。そして、動力源切換部82は、供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上であると判定した場合に(ステップS01:Yes)、弾性駆動モードの実行から電動駆動モードの実行に移行した直後か否かを判定する(ステップS02)。そして、動力源切換部82は、ステップS03で、上記のように、電動機14に駆動力を発生させて弾性部材20に弾性エネルギを蓄積させると共に、保持機構39が保持状態となるように電動アクチュエータ62を制御して、保持機構39を保持状態にする。その後、動力源切換部82は、ステップS04で、電動駆動モードを実行する。一方、動力源切換部82は、供給電圧が低電圧判定値未満であると判定した場合に(ステップS01:No)、弾性駆動モードを実行する(ステップS05)。
The processing of the power
制御器63が備えるインバータ制御部84、電動アクチュエータ制御部81、及び動力源切換部82等の各機能は、制御器63が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器63は、図9に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
Each function of the
記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)や、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92には、要求レンジ入力器67、回転角度検出センサ19、及び電圧センサ86等のセンサやスイッチが接続され、入力回路92は、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、演算処理装置90からインバータ83のスイッチング素子及び電磁ソレノイド45等の電気負荷に制御信号を出力する駆動回路等を備えている。そして、制御器63が備えるインバータ制御部84、電動アクチュエータ制御部81、及び動力源切換部82等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御器63の他のハードウェアと協働することにより実現される。
As the
以上で説明したレンジ切り替え装置2の動作についてまとめて説明する。
まず、弾性駆動機21の弾性エネルギにより出力軸18を回転させる弾性駆動モードが実行される場合について説明する。制御器63は、レンジ切り替え装置2への供給電圧が低下し、電動機14によるレンジ切り替えを実行できないと判定した場合に、弾性駆動機21の弾性エネルギによるレンジ切り替えを実行する。この場合は、まず、制御器63は、電磁ソレノイド45に通電し、保持機構39を解放状態にし、保持機構39に保持されている弾性部材20の弾性エネルギを解放させる。保持機構39が解放状態になると、弾性エネルギにより基礎部材41に対して出力部材40が回転し、出力軸18をパーキングレンジに対応する回転角度に回転させ、レンジ切り替えを実行することができる。
The operation of the
First, the case where the elastic drive mode which rotates the
一方、制御器63は、レンジ切り替え装置2への供給電圧が正常な電圧に復帰し、電動機14によりレンジ切り替えが実行可能と判定した場合は、最初の動作として、電動機14の回転駆動力により、出力軸18をパーキングレンジに対応する回転角度からドライブレンジに対応する回転角度に回転させる。この出力軸18の回転により、弾性部材20に弾性エネルギが蓄積する。そして、制御器63は、電磁ソレノイド45を非通電にすることにより、保持機構39が保持状態になる。具体的には、出力軸18の回転に伴って歯車機構22を介して出力部材40が回転する。出力部材凹部40cと基礎部材貫通孔41bとが連通する位置まで出力部材40が回転すると、球状の係止部材53は、プランジャ弾性部材51の付勢力によって、基礎部材貫通孔41bと環状凹部52aとに跨る解放位置から、出力部材凹部40cと基礎部材貫通孔41bとに跨る保持位置に移動する。これにより、基礎部材41及び出力部材40の相対回転が阻止された保持状態になり、基礎部材41と出力部材40との間に弾性エネルギが保持される。
On the other hand, when the
このように、本実施の形態に係るレンジ切り替え装置2によれば、弾性部材20の弾性エネルギを駆動源とする弾性駆動機21を設けることで、レンジ切り替え装置2への供給電圧が低下し、電動機14でレンジ切り替えを行うことが困難になった場合であっても、弾性駆動機21に保持されている弾性エネルギを解放させることで、パーキングレンジにレンジ切り替えを行うことができ、車両を安全に停車させることができる。また、電動機14への供給電圧が復帰した場合には、復帰後の初回に電動機14によるドライブレンジへのレンジ切り替えを行うことで、弾性駆動機21に再び弾性エネルギを蓄積し、保持させることができる。その後は、電動機14による通常のレンジ切り替えを実行することができる。
As described above, according to the
また、蓄積した弾性エネルギの保持は、2つの凹部に跨った球状の係止部材53の係止により行うと共に、弾性エネルギの解放動作は、球状の係止部材53の転がりを利用するので、係止の解除に際して大きな動力を必要としない。そのため、低電力の電磁ソレノイド45による解除動作を行うことができる。
The accumulated elastic energy is held by the locking of the
なお、本実施の形態においては、弾性部材20にねじりばねが用いられている場合を説明したが、これに限定されるものではなく、弾性部材20に、回転軸心C3回りに巻かれた渦巻きばねが用いられてもよい。或いは、弾性部材20に、圧縮コイルばね、又は引張コイルばね等が用いられ、弾性駆動機21に、往復運動を回転運動に変換するラックアンドピニオン機構が用いられてもよい。
In the present embodiment, the case where a torsion spring is used for the
また、本実施の形態においては、電動アクチュエータ62に電磁ソレノイド45が用いられている場合を説明したが、電磁ソレノイド45に限定されるものではなく、低電力で保持機構39の係止を解除できる別の種類、例えば、ラックアンドピニオン機構及びピニオンを回転駆動する電動モータ等の電動アクチュエータであってもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the
また、電動アクチュエータ62に替えて、係止解除部材52を軸方向の一方側X1に付勢する弾性部材と、係止解除部材52に繋がれたワイヤを手動で引っ張って、係止解除部材52を軸方向の他方側X2に移動させる手動操作機構と、が備えられてもよい。係止部材53の解除には大きな動力を必要としないので、手動により操作可能である。
In addition, instead of the
また、本実施の形態においては、弾性駆動機21と出力軸18とを連結する連結機構は、互いに噛み合う2つの歯車により構成された歯車機構22とされている場合を説明したが、歯車に限定されるものではなく、例えばベルトとプーリー、又はチェーンとスプロケットによる連結機構であってもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the coupling mechanism that couples the
さらに、歯車機構22の変速比は、減速、同速、又は増速のいずれであってもよい。減速の場合には、弾性部材20の弾性エネルギによるトルクを増幅して出力軸18に伝達することが可能であり、増速の場合には、減速とした場合に比べて、弾性部材20のねじり角度を小さくすることができると共に、弾性部材20に弾性エネルギを再び蓄積させる動作において、電動機14に出力させるトルクを低くすることができる。更には、歯車機構22に、楕円歯車などの可変速比歯車を用いてもよい。
Furthermore, the gear ratio of the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
この発明は、車両の自動変速機のシフトレンジを、電気信号を介して操作するシフトバイワイヤシステムにおけるレンジ切り替え装置に好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for a range switching device in a shift-by-wire system that operates a shift range of an automatic transmission of a vehicle via an electrical signal.
1 シフトレンジ切り替えシステム、2 レンジ切り替え装置、6 シフトシャフト、7 ディテントプレート、14 電動機、15 ロータ軸、17 減速歯車機構、18 出力軸、19 回転角度検出センサ、20 弾性部材、21 弾性駆動機、22 歯車機構、30 小歯車、31 大歯車、39 保持機構、40 出力部材、40c 出力部材凹部、40d 出力部材の筒状部、41 基礎部材、41b 基礎部材貫通孔、41d 基礎部材の筒状部、45 電磁ソレノイド、50 プランジャ、51 プランジャ弾性部材、52 係止解除部材、52a 環状凹部、52d 係止解除部材の筒状部、53 係止部材、60 連結機構、62 電動アクチュエータ、63 制御器、64 装置ケース、65 基礎部材ストッパ部、66 出力部材ストッパ部、67 要求レンジ入力器、80 電動機制御部、81 電動アクチュエータ制御部、82 動力源切換部、83 インバータ、84 インバータ制御部、85 直流電源、86 電圧センサ、Ah 保持角度、C3 弾性駆動機の回転軸心、R1 回転方向の一方側、R2 回転方向の他方側、X 軸方向、X1 軸方向の一方側、X2 軸方向の他方側
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shift range switching system, 2 Range switching device, 6 Shift shaft, 7 Detent plate, 14 Electric motor, 15 Rotor shaft, 17 Reduction gear mechanism, 18 Output shaft, 19 Rotation angle detection sensor, 20 Elastic member, 21 Elastic drive machine, 22 gear mechanism, 30 small gear, 31 large gear, 39 holding mechanism, 40 output member, 40c output member recess, 40d cylindrical portion of output member, 41 base member, 41b base member through hole, 41d cylindrical portion of
Claims (9)
電動機と、
弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、
前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、
電動アクチュエータと、
前記電動機及び前記電動アクチュエータを制御する制御器と、を備え、
前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備え、
前記電動アクチュエータは、前記保持機構が前記保持状態又は前記解放状態になるように前記保持機構を駆動し、
前記制御器は、前記電動機を制御して前記電動機の駆動力により前記出力軸を回転させると共に前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する電動駆動モードと、前記電動機の制御を停止すると共に前記保持機構が前記解放状態となるように前記電動アクチュエータを制御して前記弾性エネルギにより前記出力軸を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するレンジ切り替え装置。 An output shaft connected to a shift shaft of an automatic transmission that performs shift range switching;
An electric motor,
An elastic drive using the elastic energy accumulated in the elastic member as a driving force source;
A coupling mechanism that couples the output shaft, the electric motor, and the elastic drive so that the driving force can be transmitted to each other;
An electric actuator;
A controller for controlling the electric motor and the electric actuator ,
The elastic drive unit holds the elastic energy accumulated using the driving force of the electric motor transmitted through the coupling mechanism, and the released state drives the output shaft by releasing the elastic energy. DOO comprises a capable holding mechanism switches,
The electric actuator drives the holding mechanism so that the holding mechanism is in the holding state or the released state,
The controller controls the electric motor to rotate the output shaft by the driving force of the electric motor and to control the electric actuator so that the holding mechanism is in the holding state; and control of the electric motor A range switching device that selects and executes an elastic drive mode in which the electric actuator is controlled so that the holding mechanism is in the released state and the output shaft is rotated by the elastic energy .
前記弾性部材の一端に係止されると共に前記連結機構に連結された出力部材と、
前記弾性部材の他端に係止され、前記弾性駆動機を収容する装置ケースにより支持される基礎部材と、
前記電動機の駆動力を用いて前記弾性部材に前記弾性エネルギが蓄積した状態で、前記基礎部材及び前記出力部材に係合して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対移動を阻止する係止部材と、
前記係止部材の係合を解除する係止解除部材と、を備える請求項1から4のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。 The holding mechanism is
An output member locked to one end of the elastic member and connected to the connection mechanism;
A base member that is locked to the other end of the elastic member and supported by a device case that houses the elastic drive;
A locking member that engages with the base member and the output member and prevents relative movement of the base member and the output member in a state where the elastic energy is accumulated in the elastic member using the driving force of the electric motor. When,
The range switching device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising an unlocking member that releases the engagement of the locking member.
前記出力部材は、前記弾性部材に対して前記回転軸心の径方向の内側に配置された円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の周方向に回転可能であり、
前記基礎部材は、前記出力部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記周方向に回転可能であり、
前記係止解除部材は、前記基礎部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の軸方向に移動可能であり、
前記係止部材は、球状に形成され、
前記基礎部材の筒状部には、前記径方向に貫通する基礎部材貫通孔が形成され、
前記出力部材の筒状部の内周面には、前記径方向の外側に窪む出力部材凹部が形成され、
前記係止解除部材の筒状部の外周面には、前記径方向の内側に窪むと共に前記周方向に延びる環状凹部が形成され、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記軸方向の他方側の端に移動した場合に、互いに連通した前記基礎部材貫通孔と前記環状凹部とに跨る解放位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を可能にすると共に前記係止解除部材を前記軸方向の他方側の端に保持し、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記係止部材により前記軸方向の他方側の端に保持されていると共に前記軸方向の一方側に付勢されている状態で、前記基礎部材に対して前記出力部材が予め定められた保持角度だけ前記周方向にねじれた場合に、互いに連通した前記出力部材凹部と前記基礎部材貫通孔とに跨る保持位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を阻止すると共に前記係止解除部材を前記軸方向の一方側に移動可能にする請求項5に記載のレンジ切り替え装置。 The elastic member is a torsion spring that twists around the rotational axis of the elastic drive machine,
The output member has a cylindrical tubular portion disposed on the radially inner side of the rotation axis with respect to the elastic member, and is rotatable in a circumferential direction of the rotation axis.
The base member has a cylindrical tubular portion having an outer peripheral surface that slides with an inner peripheral surface of the cylindrical portion of the output member, and is rotatable in the circumferential direction.
The unlocking member has a cylindrical cylindrical portion having an outer peripheral surface that slides with an inner peripheral surface of the cylindrical portion of the base member, and is movable in the axial direction of the rotation axis.
The locking member is formed in a spherical shape,
A base member through hole penetrating in the radial direction is formed in the tubular portion of the base member,
On the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the output member, an output member recess that is recessed outward in the radial direction is formed,
On the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the unlocking member, an annular recess that is recessed inward in the radial direction and extends in the circumferential direction is formed.
When the locking release member moves to the other end in the axial direction, the locking member moves to a release position straddling the base member through-hole and the annular recess that communicate with each other, and Enabling relative rotation of the member and the output member and holding the locking release member at the other end in the axial direction;
The locking member is attached to the base member in a state where the locking release member is held by the locking member at the other end in the axial direction and is biased to the one axial side. On the other hand, when the output member is twisted in the circumferential direction by a predetermined holding angle, the output member moves to a holding position straddling the output member recess and the base member through hole communicated with each other, and the base member and the 6. The range switching device according to claim 5 , wherein relative rotation of the output member is prevented and the locking release member is movable to one side in the axial direction.
前記電動アクチュエータは、前記係止解除部材に連結されたプランジャと、前記プランジャを前記軸方向の一方側に付勢するプランジャ弾性部材と、通電時に前記プランジャを前記軸方向の他方側に吸引する電磁ソレノイドと、を有する請求項6に記載のレンジ切り替え装置。 An electric actuator for urging the locking release member to one side or the other side in the axial direction;
The electric actuator includes a plunger connected to the unlocking member, a plunger elastic member that urges the plunger toward one side in the axial direction, and an electromagnetic that attracts the plunger toward the other side in the axial direction when energized. The range switching device according to claim 6 , further comprising a solenoid.
前記基礎部材及び前記装置ケースは、前記弾性部材による前記基礎部材の弾性付勢方向における前記装置ケースに対する前記基礎部材の回転を、予め定められた基礎部材角度で規制する基礎部材ストッパ部を有する請求項6又は7に記載のレンジ切り替え装置。 The output member and the device case have an output member stopper portion that restricts rotation of the output member with respect to the device case in the elastic biasing direction of the output member by the elastic member at a predetermined output member angle. ,
The base member and the device case have a base member stopper portion that restricts rotation of the base member relative to the device case in the elastic biasing direction of the base member by the elastic member at a predetermined base member angle. Item 8. The range switching device according to Item 6 or 7 .
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